熵权法在医疗设备预防性维护计划中的应用研究

蔡雅玲，洪范宗，高文娜，田君鹏

（联勤保障部队第909医院，厦门大学附属东南医院医学工程科，福建漳州 363000）

0 引言

医疗设备的质量、性能等指标是保证医疗安全的关键性因素，而医疗器械的使用自然会带来一定程度的风险。依据ISO 14971：2007《医疗器械风险管理》标准中相关介绍，医疗设备风险是损害发生概率和该损害严重度的结合。根据卫生部发行的《医疗器械临床使用安全管理规范（试行）》及国家食品药品监督管理总局发行的《医疗器械使用质量监督管理办法》等相关规定，医疗机构应建立健全本机构医疗器械临床使用安全管理体系，合理地降低医疗设备风险或把风险维持在规定水平[1]。

医疗设备预防性维护即对医疗设备异状的早期发现及早期整改，可有效提高医疗设备使用安全系数，延长医疗设备的使用寿命。然而大型医疗机构的医疗设备种类繁多、数目庞大，如果对每台设备都进行预防性维护，其工作量很大。熵权法是一种可以用于多对象、多指标的客观评价方法，可客观地指导评估医疗设备风险状态。故本文将熵权法应用于医疗设备预防性维护计划的研究，从而实现按照轻、重、缓、急合理地安排预防性维护工作，提高维护效率。

1 熵权法原理

熵权法是在给定的评价对象下对某指标体系的评价分析，所得到的指标权重是各指标基于一组特定数据在竞争意义下的相对激烈程度的反映。熵权法利用评价对象的固有信息，通过计算各评价指标的权重来计算各评价对象的综合评价值，其得到的结果更客观、更贴近实际[2-6]。熵权法评价步骤如下：

（1）选择评价指标。收集各指标的现实数据，制定评价体系，构建m×n阶评价矩阵R=（rij）m×n。其中，m为评价对象个数，n为评价指标个数，rij表示第j个评价指标下第i个评价对象的评价值。

（2）对评价矩阵进行无量纲化处理，即选择评价矩阵R中每列的最优值，其计算公式如下：

公式（1）为选择逆指标，其指标值越大风险值越小；公式（2）为选择正指标，其指标值越小风险值越小。最后获得无量纲化后的矩阵R'=（r'ij）m×n。

（3）根据信息论中信息熵的定义，一组数据的信息熵Hj计算公式如下：

其中，fij表示第j个评价指标下第i个评价对象所占比重；k为待定常数

（4）得到各指标的信息熵Hj后，计算各指标的权重ωj，公式如下：

（5）最后计算各评价对象的评分Zi，公式如下：

2 预防性维护周期的设定

医疗设备预防性维护是为了延长医疗设备的使用寿命以及避免、减少医疗设备故障而进行的计划内维护。其目的在于将设备的故障率和实际折旧率降至最低，将整个设备使用周期的可用性和可靠性增至最高。具体的预防性维护工作是根据医疗设备的实际状态、设备维护手册和设备预防性维护时间表来实现的。医学工程科应对医疗设备台账中的设备及新购设备进行风险管理、质量维护及预防性维护[7]。

医疗设备风险按来源大致可分为能量风险、生物学和化学风险、操作风险、信息风险4种。根据风险程度不同将医疗设备风险划分为高风险、中风险、低风险和极低风险4个等级。医学工程科应针对不同风险等级的医疗设备，做出不同的预防性维护管理计划。同时对于多台同类设备，其预防维护计划也应不同。例如新进呼吸机与原有呼吸机的预防维护计划应有不同，维修记录较多的呼吸机与无维修记录的呼吸机的预防维护计划应有不同。以一种预防性维护计划为例，具体制订步骤如下：（1）对4个风险等级的医疗设备做第1层预防维护周期计划。（2）通过一定的数据支持及建立数学模型等方法，实现对同类医疗设备定性与定量相结合的综合评价，根据评价值对设备做第2层预防性维护周期计划。（3）制订并实现个性化的医疗设备预防维护计划。

我院预防性维护周期计划详见表1。对于不同风险等级的医疗设备设有不同的维护检查周期，应用熵权法对同一风险等级的医疗设备进行二次评价，根据评价值将医疗设备分为3个等级：（1）评分高（安全系数低）的医疗设备选用维护检查小周期T1；（2）评分较高（安全系数较高）的医疗设备选用小周期与大周期的中间值T2；（3）评分低（安全系数高）的医疗设备选用大周期T3。各医疗设备应按照要求做定期维护保养，并做好维护保养登记，包括预防性维护保养时间、工作内容、工作人员等信息。

表1 我院预防性维护周期计划

3 应用实例

以我院20台呼吸机为例，介绍其采用熵权法制订预防性维护周期计划。呼吸机是生命支持类的高风险设备，故其 3 个等级的维护周期（T1、T2、T3）分别为2个月、4个月和6个月。具体步骤如下：

（1）以呼吸机作为评价对象，选定使用年限（值越大风险越大）、维修记录（值越大风险越大）和平均无故障时间（值越小风险越大）3个评价指标。收集以上3个评价指标的现实数据，构建指标评价体系，详见表2。在指标评价体系中取每台呼吸机2017年1月至2018年12月的维修记录，并以此建立评价矩阵R。

（2）对评价矩阵R的原始数据进行无量纲化处理。其中，使用年限、维修记录选择正指标计算方法，平均无故障时间选择逆指标计算方法，从而得到标准化矩阵R'。

表2 呼吸机的指标评价体系

（3）将矩阵R'的数值代入公式（3），计算评价指标的信息熵Hj，则Hj=[0.945，0.862，0.896]。

（4）将信息熵Hj的数值代入公式（4），计算评价指标的权重ωj，且满足则 ωj=[0.185，0.465，0.350]。

（5）最后将矩阵R'的数值和 ωj代入公式（5），计算出每台呼吸机的评分Zi，详见表3。

表3 每台呼吸机的评分

根据以上评分值将20台呼吸机维护检查周期分为3个等级，如图1所示。其中，0分≤Zi≤0.3分属于第1等级，维护检查周期为6个月；0.3分＜Zi≤0.6分属于第2等级，维护检查周期为4个月；0.6分＜Zi≤1分属于第3等级，维护检查周期为2个月。医学工程科按照上述维护检查周期对我院20台呼吸机开展周期性的预防性维护工作，并做好预防性维护记录。

图1 维护检查分层图

运用熵权法制订预防性维护周期计划时，应考虑使用年限、历史故障次数、平均无故障时间因素对设备故障发生概率的影响，如使用年限长的设备相较于新进设备，前者故障发生概率大；历史故障次数较多的设备相较于无历史故障的设备，前者故障发生概率大；平均无故障时间短的设备故障发生概率大。呼吸机的最终评分结果可有效反映3个因素对设备的综合影响，即将熵权法应用于医疗设备预防性维护计划是可取的。

4 结语

利用熵权法评价医疗设备得到的评价结果更具有客观性，因其评价结果主要依据客观资料，所得指标权重与被评价对象有直接的关系，仅受原始数据的影响，从而在很大程度上避免了人为因素的干扰，故将熵权法应用于医疗设备的预防性维护周期计划，其结果更加科学有效。

医疗单位应以熵权法为基础建立医疗设备预防性维护系统，且以一年度为统计周期，在每个年度统计节点针对高、中、低风险医疗设备进行数据导出（数据来源为医院医疗设备运维系统），包括医疗设备使用年限、当年维修次数等，并将数据导入预防性维护系统中，从而自动更新医疗设备评分结果，随即得出下一年的医疗设备维护检查周期计划。基于熵权法建立数学模型，并将其运用于医疗设备预防性维护计划的制订，不仅节约了人力、物力的投入，还有利于医学工程科对医院医疗设备的状态有较为科学、准确的了解，从而能更加有效地完成医疗设备的维护保障任务。